基于振动能量的设备寿命预测方法研究

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1、学校代码10459学号或申请号201212202354密级郅州k%硕士学位论文基于振动能量的设备寿命预测方法研究作者姓名李继军导师姓名陈宏副教授学科门类工学专业名称机械电子工程培养院系机械工程学院完成时间2015年5月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：

2、曰期：训-年r月巧曰学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相

3、关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：曰期：年Jr月”曰0^^AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterAStudy

4、ofthePredictionMethodofEquipmentFatigueLifeBasedonVibrationEnergyByJijunLiSupervisor:HongChenMechanicalandElectronicEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringMay2015摘要摘要随着科学技术的快速发展，机械设备越来越多地应用于工程实际中，机械零件或工程构件在复杂多变的工作环境中极易产生疲劳失效，因此对疲劳寿命预测的研究也显得尤为重要。而传统的疲劳寿命预测方法大多是基于材料的应力或平均应力幅值的静态疲劳分析理论，忽略了系统

5、在疲劳破坏过程中的动态变化，因此其估算结果往往具有一定的误差。本文从理论和试验方面研究了单自由度系统在简谐激振力作用下的振动特性变化规律及疲劳寿命预测方法，并在实验结果的基础上，结合传统的基于能量法则的疲劳寿命预测理论提出了基于振动能量的疲劳寿命预测模型。本文主要研究内容及结论有以下几个方面：1.研究了单自由度系统在简谐激振力作用下的强迫振动，推导出振动能量和可累积振动能量的计算公式，结果表明，当系统运行时间较长时，系统的振动能量和可累积振动能量与时间近似呈线性关系，且由计算公式可以看出二者均与系统振动幅值的平方成正比，其简谐变量的变化频率为系统激振频率的2倍。2.用ANS

6、YS软件对简支梁横向弯曲振动疲劳过程进行仿真，研究了累积振动能量和疲劳寿命的关系，结果表明，累积振动能量与系统的疲劳寿命均与位移放大系数有关，且累积振动能量与系统的振动疲劳寿命负相关，故累积振动能量可以作为衡量系统疲劳寿命的有效特征量。3.用ZK-4VIC型振动与控制实验台对简支梁的振动疲劳过程进行模拟，研究了激振频率及振幅对简支梁振动特性及振动疲劳寿命的影响，结果表明当加载简谐激振力的激振频率高于系统固有频率时，系统振幅会随着裂纹的扩展缓慢下降并趋于稳定，当激振力频率低于系统固有频率时，随着激振力频率与系统固有频率接近程度不同，振幅变化呈现不同的趋势；在裂纹产生后，刚性系

7、统受裂纹的影响大于柔性系统受裂纹的影响，振动疲劳寿命较短；从振动变化上看，刚性系统比柔性系统更容易发现裂纹故障的存在。4.结合传统的基于能量法则的疲劳寿命预测方法，将累积振动能量应用于疲劳寿命预测中，推导出单简谐激励、双简谐激励和多简谐激励作用下系统的振动疲劳寿命预测模型，结果显示分别对累积振动能量和简支梁的振动疲劳寿命取对数后，两者基本呈线性关系，用基于累积振动能量的疲劳寿命预测方法估I摘要算简支梁的振动疲劳寿命计算简单，并有较高的精度。关键词：累积振动能量；振动疲劳；能量法则；简支梁；寿命预测IIAbstractAbstractWiththerapiddevelopme

8、ntofscienceandtechnology,moreandmoremechanicalequipmentisappliedinengineeringpractice.Themechanicalpartsorengineeringcomponentsinthecomplexandchangeableworkingenvironmentareeasilytobefatiguefailure,sotheresearchonthepredictionoffatiguelifeisbecomingextremelyur